目前PTC系統是純電動汽車上成熟且安全的采暖系統，某車型本次試驗車該系統通過金屬支架安裝在車輛機艙前橫梁上。車輛在各種復雜路面上行駛時會受到各種載荷帶來的沖擊，不僅僅對于底盤與車身件并且對于各類模塊的安裝支架而言也是極大的考驗，因此設計出安全可靠的支架對于車輛研發與使用而言是必不可少的。
道路試驗是指機動車制造廠商為檢測新型車輛的各項性能、技術參數而在不同環境及真實道路上進行的試驗。將眾多復雜且惡劣的地形集中在整段路面內，車輛駛過該路面不同地形時承受不同方向、頻率、大小的載荷，使車輛以不同里程、不同路面組合與不同循環數駛過，從而用來對車輛進行試驗的路面被稱為強化耐久路，為了更快的暴露問題與更好的檢測車輛性能，一般會采用強化耐久路對車輛進行路試。
PTC(PositiveTemperatureCoefficient)模塊即車載前艙高壓加熱器，具有體積小、輸出功率大、恒溫自控等優點，在現階段是最為穩定可靠、高效且無污染的方案。隨著純電動汽車的發展和普及，開發一款結構緊湊高效的PTC加熱裝置完全符合電動汽車的發展潮流。
在某車型強化耐久路試中，試驗車前艙的PTC模塊支架發生了開裂與斷裂問題，如圖1所示。為了明確產生問題的原因并對其改進優化，進行了下述分析與研究。
由于在試驗中支架發生開裂，故對其進行CAE分析。首先對其進行強度分析，確定是否為強度不足原因導致的問題；其次對其進行模態分析，確定其低階模態頻率，了解其模態性能；最后對其進行振動疲勞分析；根據分析結果，對結構進行優化，并進行CAE驗證分析，最后制作樣件搭載路試車進行試驗驗證。
在車輛的行駛過程中，
會出現以下對支架產生各個方向沖擊的典型惡劣工況：
（1）垂直上跳工況；
（
2）緊急制動工況；
（3）左急轉向工況；
（4）右急轉向工況；
（5）左急轉向后緊急制動工況。
這幾種工況會對車輛造成各個方向的慣性載荷沖擊，在整車研發流程的CAE分析中，一般用這五種分析工況來計算考察支架類的強度。
Hypermesh是一款功能強大的前處理軟件，ABAQUS則是車企通用的一款功能強大的求解器，這兩款軟件能夠結合使用從而達到對結構進行精確計算的目的。本章基于Hypermesh與ABAQUS對PTC支架進行強度分析。
使用Hypermesh對結構進行網格劃分、材料設置、屬性賦予與邊界條件定義。
首先對數據進行幾何清理，清理完成后，對于鈑金件使用2d平面shell網格，并在屬性中對其賦予厚度；對于實體結構以solid網格劃分為四面體網格。網格劃分完成后，對網格進行質量檢查，修正質量較差網格與失敗網格，以保證計算結果的準確性。PTC模塊本體以質量點代替，在其質心位置建立mass點，以RBE2單元連接至安裝點。焊點建立為ACM類型。劃分好的網格如圖2所示。
由于支架安裝在前艙橫梁上，為模擬其真實受力狀態，故在分析時將其安裝在橫梁上，連帶橫梁一起，截取部分白車身進行計算。對每個零部件賦予其相應的材料與屬性后，在白車身截斷面各節點建立約束，約束安裝點全部自由度，對整體分別施加五個強度工況下的慣性載荷，完整計算模型如圖3所示。
將設置好的計算模型導入ABAQUS進行計算，然后在Hyperview中導入結果進行顯示。PTC支架采用的材料為DC01，該材料的屈服強度為209MPa，若在某工況下結構的應力集中最大處高于這個值，結構在該工況下該位置將發生屈服，即強度不滿足要求。故在強度計算中，一般以結果不大于屈服強度作為目標，小于屈服強度即為合格。詳細計算結果如表1所示。
結論：由應力云圖結果可知，該支架在各工況下最大應力均未超出材料屈服，滿足強度要求。故該支架開裂問題并非強度問題，并對其進行后續分析。
模態分析是研究結構動力特性一種方法，一般應用在工程振動領域。
其中，模態是指機械結構的固有振動特性，每一個模態都有特定的固有頻率和模態振型。
分析這些模態參數的過程稱為模態分析。
首先計算支架本體模態分析，計算模型如圖9所示；其次計算支架安裝在橫梁上時局部模態，計算模型如圖10所示；最后計算攜帶白車身時的整體模態，計算模型如圖11所示。
分別對三種模型計算工況模態，前兩種約束安裝點1至6自由度，第三種約束白車身截斷面各節點1至6自由度。由于結構或材料在振動時通常是低階模態在發生作用，故只計算其前10階模態，各階固有頻率如表2至表4所示。
基于三種狀態下各階固有頻率結果對比，選用支架安裝在橫梁上的模型，在1-100Hz范圍內對其進行振動疲勞分析，分析其振動疲勞性能。
零件或結構在外部激勵作用下，
會同時發生振動和疲勞裂紋擴展，兩者之間相互作用不僅影響工程結構的正常工作，還將嚴重地影響結構的安全可靠性。
振動是指機械或結構系統在其平衡位置附近的往復運動，是物質運動的普遍形式之一。
疲勞特點是無明顯的塑性變形，常出現突然斷裂。
性，解決各種機械結構振動問題的重要手段，廣泛應用于航空航天、汽車以及包裝運輸等領域，其為結構環境振動試驗的核心。
NcodeDesign-life可結合Nastran對試件進行疲勞可靠性仿真分析，通過導入有限元分析結果和載荷時間歷程文件,即可得到試件在循環載荷作用下的壽命圖。先通過Nastran施加強制位移計算頻率響應，將頻率響應的輸出結果作為Ncode計算的輸入文件，賦予掃頻激勵、材料E-N曲線與求解器參數后進行計算，輸出的結果使用Hyperview進行后處理顯示。
約束橫梁與前縱梁連接點123456自由度,分別在X、Y、Z三個方向加載單位載荷的強制位移,得到計算結果后，導入Ncode進行疲勞分析。疲勞分析包含X、Y、Z三個方向，每個方向掃頻1-100-1（Hz）,速率為20次/小時,各方向掃頻加速度均為1G；每個方向循環900次，一共循環2700次。
Feinput模塊輸入文件為Nastran結果文件，激勵為掃頻振動激勵VibrationGenerator模塊，求解器為VibrationAnalysis模塊，Feoutput為結果輸出模塊。分別對X、Y、Z方向依次進行計算，從而得到輸出結果。結果為疲勞損傷值，當損傷值大于1時，表示在掃頻工況下，有發生疲勞破壞的風險，此時結構若發生破壞，則振動疲勞是發生失效的主要原因。
各方向振動疲勞結果輸出后，在后處理軟件Hpyerview中顯示，統計出結果如表5所示。
詳細的疲勞損傷云圖如圖13所示，從左至右依次為X向、Y向、Z向。
云圖顯示的損傷值最大位置與路試發生開裂的位置一致，結果對比如圖14所示。這表明了計算的準確性。由掃頻振動疲勞分析結果可以判斷，開裂原因即為疲勞損傷，而非強度問題。在Y向掃頻時損傷值極大，可以判定疲勞開裂原因為結構的Y向支撐不足。
根據疲勞結果對結構進行優化。
由于Y向支撐不足，在支架側面增加加強件，增強Y向支撐；
將支架底板Y向延長，為加強件提供安裝面；
開裂結構為焊點連接，且僅有4顆焊點，優化后在支架與加強件之間增加焊縫連接與螺栓連接。
優化后的結果如圖15所示。
對優化后的結構進行掃頻振動疲勞分析，以驗算其疲勞性能。以相同的邊界條件基于Nastran對結構進行頻率響應分析，得到的輸出結果作為Ncode的輸入文件，以相同的計算條件分別對結構進行X、Y、Z方向的掃頻振動疲勞計算。
詳細的疲勞損傷云圖如圖16所示，從上至下依次為X向結果、Y向結果、Z向結果。
將優化后結構制作樣件，搭載路試車進行10000Km強化耐久路試，在路試完成后，結構未發生開裂，開裂問題已解決，支架已經可以滿足搭載PTC模塊進行使用的要求。
路試車在路試中
PTC支架折彎處附近發生開裂，經強度計算可知該結構強度滿足設計需求，而Y向掃頻振動疲勞分析結果中，損傷值較大的位置集中在支架折彎處，這與路試結果吻合，計算準確。
該樣件的損傷原因為疲勞損傷，導致疲勞損傷的原因為Y向支撐不足；
在對結構進行優化后，計算結果無風險，滿足設計需求；
將優化后的結構制作樣件并搭載路試車進行試驗驗證，未發生開裂，優化有效，支架開裂問題成功解決。
來源：電動學堂
https://www.auto-testing.net/news/show-109544.html
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